电力系统继电保护远程分布式信息管理系统的设计

郭骏辉 黄柯华 卢婵婵

（1.华北理工大学 河北省唐山市 063000 2.黄河交通学院 河南省焦作市 454000）

互联网时代是一个信息爆炸式增长的时代，各行业都产生了大量的信息，电力行业也不例外，面对如此庞大的信息，要融合信息技术、大数据技术等先进的技术，开发对应的信息管理系统来存储、分析、处理电力信息以辅助相关人员管理及决策。本系统可通过远程访问服务器的方式实现上下层之间、同层相同职能部门的通信，从而实现信息的传递。

1 继电保护远程分布式信息管理系统相关

1.1 Web

Internet 又称互联网，由世界各地计算机遵循一定的协议连接而成，其资源种类丰富，包含了万维网、FTP、电子邮件、Gopher 及新闻组等多种资源。其中Web（万维网）是Internet 的最重要的组成部分[1]，因其功能强大、浏览方便，成为了普遍应用的信息传播方式。Web 创建之初，其创建者也仅是想通过网络系统与其他学者互相交流思想，由于Web 是基于统一资源定位符（URL）和客户机/服务器模式，使之不容易受平台影响，因此Web 得以广泛应用并沿用至今。

1.2 Web开发

Web 开发是指开发一个新的Web 站点，访问原理是Web 站点聚合了大量特定的信息，这些信息保存在若干Web 页面上，当用户通过浏览器发出请求指令访问服务器上Web 站点的资源时，服务器响处理数据生成对应页面并响应用户请求[2]。Web 的客户/服务器框架如图1。

图1：客户/服务器框架

Web 页面由HTML 静态页面和动态页面两种页面组成，其中动态页面的开发语言有多种，最常应用的是ASP。ASP 是基于服务器的开发环境，它的命令和脚本语言经由服务器解释执行后生成动态Web 页面，它能通过特殊对象集合（如：ADO）访问各种数据库[3]，这是ASP 可以实现动态页面的主要原因。本文开发的信息管理系统也是基于ASP 的这一特点从而实现动态访问数据库。

1.3 分布式信息管理系统

随着信息技术的迅猛发展，我们已经进入了信息时代，随之也带动了电力行业向信息化方向发展。目前，电力行业已经开始运用各种信息技术发展的成果，如电力系统能量管理系统（EMS）、调度自动化系统等。加之信息技术和网络技术日新月异，21 世纪的今天各电厂和变电站的继电保护也从过去的机械的、封闭和分散向主动的、开放和集中方向转变，使得继电保护的管理更加灵活方便。

此外，随着居民生活水平的提升，用电需求日益剧增，电网规模越来越大、结构愈加复杂，这对电网继电保护提出了更高的要求，传统的统计、分析并处理电网结构、运行情况和故障情况等的方式效率低下，已经完全不能满足现在电网的需要，因此，开发基于Web 的继电保护信息管理系统有着重要意义。目前，国内投入使用的几个继电保护信息管理系统都是局域网或单机系统，一定程度上还存在很大的局限性，由于继电保护的管理工作多涉及同层或上下层部门的交流和协调沟通，然而局域网之间不相通、不兼容，在这种背景下，决定设计基于Web 的电力系统继电保护远程分布式信息管理系统。

1.4 继电保护信息管理系统

继电保护信息管理系统主要由定值管理、文档管理及图纸管理三部分组成，其数据来源主要是数据源、变电站的微机以及管理端。在日常的电网管理中，继电保护信息管理系统分析、判断问题并对问题进行相应处理，统计数据并分类，借助网络向用户提供对应的数据，进行数据交换，实现资源共享。

主站系统的两大组成部分是数据通讯服务器和Web服务器[4]。主站系统端主要处理数据和信息，以确保通信流通；子站系统借助网络可以和检测装置、保护装置及主站实现通讯，能够查看数据库信息并进行数据交换，同时子站可以执行主站发出的命令。

该管理系统具有以下特点：

（1）适用性较强，系统分析数据更加准确，通过数据交换和流通实现资源共享，使相关管理人员在管理数据时更加方便高效。

（2）可靠性较高，系统用中心数据库管理信息和数据，即使工作站出现问题，不会对数据库及存储的数据造成影响。

（3）具有开放性，系统与网络相连，有丰富的数据源，便于信息更新；可以监控设备运行，检查并对比多项参数，当发现异常数据时，可采取相应措施，之后可将参数信息、异常情况及相应措施进行存储并分析，以便再次发生故障时调用数据库中资料快速处理问题；对子站的处理信息可形成数据并存储，通过远程管理完成各个环节的控制以确保电力系统稳定安全运行。

2 Web继电保护远程分布式信息管理系统设计原则

Web 继电保护远程分布式信息管理系统有数据库、应用软件、计算机网络及维修人员四个主要部分，在对该信息管理系统进行设计时，要遵循以下原则[5]：

（1）通用性和实用性。管理系统要遵守电力行业相关的标准和规范，要功能相对完善、交互界面友好、有较好的性能和可靠性。

（2）主流行和先进性。系统要符合时代发展的需要，要有一定的超前性，使用先进的计算机技术、网络技术及信息技术，以确保系统有较长的寿命和使用周期。

（3）安全性和可靠性。这是每一个软件系统的基本要求，在系统设计之初，就要确保使用的软件、数据库及硬件具有高可靠性。系统应该有较强的容错能力，即使有故障发生，也要有相应有效的解决办法，同时需要一定的保密制度和合理的权限设置以保证数据库数据的安全性。

（4）一定的可扩展性。信息化时代下的系统要有较强的灵活性，以实现未来随时缩减或增加功能；可根据实际情况自定义配置系统参数，提高资源利用率，发挥系统最大的效用；软件也要具备一定的可扩展性，可灵活调整以使整体结构更合理。

3 Web继电保护远程分布式信息管理系统设计

3.1 保护分析

3.1.1 变压器保护

变压器保护的基本原理是比较被保护变压器各端的相位和电流幅值[6]，通常有电流速断、纵差保护、过负荷保护、零序电流保护、瓦斯保护、过励磁保护及其他保护方式。

3.1.2 线路保护

一般对线路采取的保护有过电流保护、限时电流速断保护、电流速断保护、高频保护、距离保护、自动重合闸及低压闭锁限时电流保护等。

3.1.3 母线保护

母线保护有专门母线保护和非专门母线保护两种。当母线发生故障，断开跟母线相连的全部设备使母线退出，这种保护方式是非专门母线保护；通过供电元件的保护装置除去故障属于专门母线保护，通常这种方式的时间较长。

3.1.4 电容器保护

电容器保护通常情况下采用过压保护、零序电压保护、过电流保护以及各种原因引起的线路低压保护等。

3.2 结构设计

由于继电保护会涉及各县局职能部门、厂站，设计基于Web 的继电保护远程分布式信息管理系统，该系统由Web 端构建，各部门之间在需要相应信息资源时只要远程访问服务器即可，足以满足当下的管理需要。由于该系统用于结构复杂、规模较大的电力系统，因此管理系统要选择高可靠和高性能的操作系统，Windows NT 在内部设置安全机制，可对不同用户设置不同访问权限，同时可处理多个任务，支持对称多处理机，满了高可靠和高性能的要求。

数据库选用的是MS SQL Server，该数据库易集成、伸缩性强、使用简单，可直接与Windows NT 系统集成[7]，利于发挥Windows NT 的管理效用。为了统一数据库结构，将MS SQL Server 数据库放在上层调度口，这种方式也可利用不同的权限设置方式、浏览方式及通信方式等，实现对不同职能部门的维护和管理。

3.3 数据库设计

通过上述分析，明确了电力系统继电保护远程分布式信息管理系统的基本内容，在此基础上设计了数据库，建立了以下表：母线保护表、保护接线图来表、分变电站各元件保护表、线路保护表、变压器保护表、变电站名表、电容器保护表以及全局各种保护总表等。其中变电站名表的结构见表1。

表1：变电站名表

主要表之间的具体关联关系见图2。

图2：主要表的关联关系

考虑到电力系统规模大、结构复杂，因此选用了SQL Server 数据库，该数据库特别适合建立大型数据库，且在安全、速度和并发上具有优势。

4 系统实现技术

该Web 信息管理系统通过RDS、ASP/ADO 技术和数据库相连，这种方式效率高、操作简单、容易实现。ASP 是一种动态网页技术，它接受来自用户（客户端）的资源请求，在服务器端进行分析处理，并及时响应以网页的形式反馈结果，从而实现信息传递。ADO 是一组编程接口，开发人员可利用这种技术在通用平台上开发新数据库[8]。每一次请求/响应过程服务器都要处理客户端的任务，同时频繁访问和查询数据会长时间占据传输通道，从而降低工作人员的效率；另外，数据是在网页呈现的，这极不利于相关工作人员对数据的处理。

RDS 由微软公司开发，是一种新数据处理技术。它的原理是客户端可将需要的数据从服务器端下载到本地，在本地客户端进行数据处理，方便了工作人员采集和处理数据；同时减少了对服务器的访问次数，释放了传输通道，一定程度上减轻了服务器的压力，提高工作效率。与此同时，继电保护信息管理系统运用这一技术还有一大优势是，对于不同的客户端，每个客户端只对自己的数据有权限，即只可以编辑和修改自己的数据，对于其他用户的数据只能查看，不能编辑和修改，这最大限度的保证了信息管理系统的数据安全。

由于下层用户对数据的操作不仅仅是查询，还有频繁的编辑和修改，因此在下层考虑先使用RDS 系统，另外，本系统还采用了ActiveX 技术以辅助使用者生成报表和管理图档，使客户端的功能更加完善。

5 Web继电保护远程分布式信息管理系统组成

通过一定的调研和上述分析，Web 继电保护远程分布式信息管理系统分为八大功能模块，每个大的功能模块下又分多个子模块。该管理系统的八个功能模块分别是：

5.1 机构及设备管理模块

该模块涉及的设备有变压器、线路、发电机等一级设备，安全自动装置、保护装置等二级设备以及办公设备、工作仪器仪表等附属设备。这个模块的主要功能是对这些设备及设备的基本信息和数据进行管理和维护且这部分数据一般不发生改变。

5.2 运行管理模块

该模块的主要功能是管理系统在管理和运行过程中产生的数据，这些数据具有一定的借鉴作用且存在着很大的潜在价值，通常长期存储在历史库中，当需要时通过检索来查找和调出。这些数据主要是：二次设备的处理过程、使用和退出原因等；二次设备的安全处理或操作步骤等；设备发生故障的记录及相应的分析报告等。

5.3 统计分析管理模块

该模块的主要功能是统计系统在运行过程中发生的故障并对这些故障进行分析处理，而后生成相应报表并保存。主要有：安全自动装置、保护装置的运行率、误动率、运行率及正确率统计；安全自动装置、保护装置因缺陷不能进行正确动作的具体情况及缺陷原因和相应的处理措施。

5.4 反措和计划管理模块

该模块的主要功能是记录和整理发生缺陷或事故后进行的反事故措施文件、计划及计划的执行情况等。主要包括：反措文件及任务内容、任务执行和完成情况；大修技术改进及计划安排等。

5.5 图档管理

图档管理将工程绘图系统中的工程图按照一定规则分类，方便后续图纸的查找或是修改、编辑。

5.6 培训管理

培训管理主要用来记录技术试题库、具体案例、专业技术法规以及培训记录等。

5.7 技术交流管理

技术交流管理用来记录技术交流过程及过程中提出的问题、改进建议及合理化的措施等。

5.8 事务管理

事务管理包含人事管理、文件管理。

6 总结

本文设计的远程分布式信息管理系统具有开放性，一定程度上减轻了相关管理人员的负担，提高了工作效率。如今，分布式信息管理系统已经成为近年来的研究重点，Web 继电保护分布式信息管理系统是其中一个重要研究方向，目前仍有很多亟需研究和解决的问题，期望更多的学者加大对这方面的研究和相关应用的研究，以期Web 继电保护分布式信息管理系统能够尽早大范围投入使用，为电力系统的安全稳定可靠运行提供保障。